一种分布式压差测量传感器及方法与流程

本发明涉及压差传感器检测技术领域，尤其涉及一种分布式压差测量传感器及方法。

背景技术：

传统压差传感器在对两个距离100米的输油管道实时测控压差时，必须在这两点之间架设介质传导用的导管，由于导管的材质刚性、管容量及距离等原因，以及介质的张力、粘度、压缩率等因素，使导管两端产生很大传导压降和传导延迟，甚至造成反射震荡，导致检测出的压力压差值并不是真实的数值，致使系统测控之间出现严重误差及循环反馈震荡等。由于传统一体式压差传感器的生产工艺特征，限制了高压差的检测。

传统的压差传感器存在着不可避免的误差。其一是非线性误差，该误差的产生原因在于压力感知组件中，硅片、陶瓷体或结构体的物理非线性，对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。其二是分布式感应误差，对于压容式压力感知组件，由于电容对交变信号固有的分布式特性，会产生不规则的误差曲线。其三是环境变量带来的误差，由于传感器内部元器件固有的热漂移物理特性，进行热补偿是普遍的做法，但由于测量现场会有各类叠加的机械振动，这些应力会直接作用于压力感知组件，造成输出压力值的瞬变，也会导致不规则的瞬变误差。其四是介质传导误差，由于各类被测介质具有不同的物理特性，在长距离传导中，会产生介质压缩、导管膨胀、传导延迟、张力压降甚至反射震荡等，导致一系列叠加误差。

传统压差传感器这四个误差是无法避免的，我们只能选择高精度的生产设备，利用更厚重的介质导管等来降低这些误差，还可以在出厂的时候进行一定的误差校准，尽最大的可能来降低误差以满足客户的需要。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是如何克服现有技术的不足，提供一种测量精度高、测量压差范围大的分布式压差传感器。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种分布式压差测量传感器，包括取样器和压差运算控制器，所述取样器从上到下依次为信号线缆接口、电接插件、pcb内置电路板、压力感知组件和介质导入接口。所述信号线缆接口接入压差运算控制器，所述pcb内置电路板连接压力感知组件，并设有压电信号转换器、电压电流放大补偿电路、环境参量及信号输出电路。所述介质导入接口连接介质管道；所述压差运算控制器上设有电压电流信号或数字信号采集电路、信号补偿电路、输入及显示控制电路、信号a/d和d/a转换电路、数字插值式精度补偿模块等。

进一步的，所述取样器设置为两个，分别设置在待测压差的两个介质容器或管道。

进一步的，所述压差运算控制器设置为电压、电流型压差运算控制器或数字型压差运算控制器。

进一步的，所述压差传感器是由三个独立部件组成，两个相同测压参数或不同测压参数取样器和一个压差运算控制器，取样器内部设置有振动传感器，用于检测环境机械振动参量，并通过压差运算控制器内设置的补偿电路，来消除传感器的振动误差。

一种分布式压差测量方法，包括以下步骤：

步骤一、介质压力导入取样器；

步骤二、取样器内部压电转换器对感受到的的压力信号转换为电信号，并传导至电压电流放大补偿电路；

步骤三、电压、电流放大补偿电路对信号进行放大、补偿并传导至环境参量及信号输出电路；

步骤四、环境参量及信号输出电路通过电接插件及线缆，将压力信号和环境参量信号，输出至压差运算控制器的电压、电流信号采集电路和环境参量输入电路；

步骤五、电压电流信号采集电路和环境参量输入的信号，一同传导给信号线性补偿电路；

步骤六、信号线性补偿电路将信号补偿后，与环境参量信号一同传导至信号比较预置电路，进行两路压力信号的运算比较，获得压差信号；

步骤七、信号比较预置电路可直接输出电压、电流压差信号，也可通过信号a/d转换电路转换为数字压差信号输出，也可将信号传导至输入显示控制电路中进行显示和控制输出。

本发明的优点和有益效果是：本发明采用分布(分体)式结构，不受测量点的距离和环境限制。其单点取样采用电流值、电压值或数字信号传输，避免了介质传导造成的传导延时、传导压降、传导震荡等测量误差。本分布式压差传感器可对被测量点的压力信号和压差信号进行单独调教，可低成本获得目前能达到的最高压差精度。本分布式压差传感器实现对单点传感器进行数字化矫正，矫正传感器内应变器件及工艺过程造成的非线性失真。本分布式压差传感器可实现高压差测量的器件空白。本分布式压差传感器可实现生产过程的自动调教，调教精度可达到目前已有最高精度压力检测设备的相同的效果。本分布式压差传感器的综合生产成本低于传统压差传感器的成本。本分布式压差传感器比传统压差传感器具有更高的测量动态范围。本分布式压差传感器安装时可不区分高压、低压侧。

附图说明

图1是本发明取样器形状示意图；

图2是本发明取样器与压差运算控制器连接关系示意图；

图3是电压电流型压差运算控制器工作原理图；

图4是数字型压差运算控制器工作原理图；

图5是取样器工作原理图。

图中：1、取样器；10、金属壳体；11、信号线缆；12、电接插件；13、pcb内置电路板；14、介质导入接口；15、压力感知组件；2、压差运算控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种分布式压差测量传感器，包括取样器1和压差运算控制器2，所述取样器1与压差运算控制器2以信号线缆11相连。所述取样器1设置为压力传感器，其外壳为金属壳体10。所述取样器1从上到下依次为信号线缆11接口、电接插件12、pcb内置电路板、压力感知组件15、13和介质导入接口14，所述信号线缆11接口接入信号线缆11，所述pcb内置电路板13连接有压力感知组件15、电压、电流放大补偿电路、环境参量及信号输出电路，所述介质导入接口连接介质管道；所述压差运算控制器上设有电压电流信号或数字信号采集电路、信号补偿电路、输入及显示控制电路、信号a/d和d/a转换电路、数字插值式精度补偿模块等。

所述取样器设置为两个，分别设置在待测压差的两个介质容器或管道。所述压差运算控制器2设置为电压、电流型压差运算控制器或数字型压差运算控制器。所述压差传感器是由三个独立部件组成，两个相同测压参数或不同测压参数取样器1和一个压差运算控制器2，取样器1内部设置有振动传感器，用于检测环境机械振动参量，并通过压差运算控制器内设置的补偿电路，来消除传感器的振动误差。

在实际使用时，将两个待测介质容器或管道各连接一个取样器1，该取样器1可接收压力信号并将压力信号转化为电压、电流或数字信号。与两个待测介质容器或管道相连的取样器1将电压、电流或数字信号通过信号线缆11传导至压差运算控制器2，用电压、电流或数字信号代替介质传导，可避免介质传导造成的传导延时、传导压降、传导震荡等测量误差。压差运算控制器2有两种，图3、图4分别为两种压差运算控制器2的工作原理示意图，本方案中优选为电压、电流型压差运算控制器。本压差运算控制器2还可通过输入、显示、控制电路实现对内部参数的修改和压力信号的设定、控制功能。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，仅为本发明的一种较佳实施例，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。